KR100411397B1

KR100411397B1 - 알루미늄시이트를이용한피티씨면상발열체

Info

Publication number: KR100411397B1
Application number: KR10-1998-0048965A
Authority: KR
Inventors: 경 태 김
Original assignee: 경 태 김
Priority date: 1998-11-14
Filing date: 1998-11-14
Publication date: 2004-03-30
Also published as: KR20000032499A

Abstract

폴리에틸렌에 알루미늄을 증착시켜 얻어진 알루미늄 포일 상에 절연체를 형성하고, 그 위에 카본 페이스트를 사용하여 카본(PTC)층을 형성한 후, 소정 패턴의 실버 페이스트를 사용하여 실버층을 형성하고, 필요에 따라 접착 테이프를 부착하여 이루어진 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체를 제공한다. 이러한 발열체는 제작이 간편하고, 종래의 실버 페이스트를 사용하는 것보다 온도 편차가 거의 없고, 제조 비용이 절감된 것으로서 자동차의 사이드 미러 내부의 부착시켜 성애, 부착된 얼음 등의 제거에 탁월한 효과를 나타낸다.

Description

알루미늄 시이트를 이용한 피티씨 면상 발열체{PLANAR RESISTANCE HEATING ELEMENT UTILIZING ALUMINUM SHEET}

본 발명은 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상발열체에 관한 것이다. 더 상세히는 PET에 알루미늄을 증착시킨 알루미늄 포일을 폴리머로 절연층을 형성하고, 그 위에 카본 페이스트를 사용하여 카본(PTC)층을 형성한 후, 소정 패턴의 실버층을 형성하고, 알루미늄층과 실버층에 단자를 병렬 연결하여서 이루어진 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체에 관한 것이다.

종래 전기를 이용한 히터는 대부분 니크롬선에 전선을 연결한 히터나, 자동차 후면유리에 열선의 선단에 전선을 연결하여 구성된 것 등이 알려져 있다.

본 발명자는 종래의 히터로서는 자동차의 사이드 미러나 욕실 등의 고정 거울에 사용하는데 합당하지 못하여 이에 사용하기 위해 열전도성이 양호한 카본페이스트를 일정 띄상으로 도포, 건조한 후 이 띄상의 건조 페이스트의 각각에 도전체의 양단에 전선을 연결한 시이트상 히터를 특허출원하여 특허 제 83589호로 등록하였고, 또한 이러한 특허가 도포할 때, 제조상의 어려움과, 전선을 이용하기 때문에 열전달이 느리고, 열효율의 면에서 개선할 필요가 있어서 이러한 문제점을 개선하기 위하여 절연기판상에 소정의 띄상의 공간을 갖는 패턴으로 실버페이스트로 프린트한 후, 그 위에 카본페이스트를 프린트로 도포하여, 실버페이스트로 프린트시 공간으로 남아있는 부분과 실버페이스트 위를 덮도록 한 시이트상으로 한 특허를 출원한 바 있다(참조: 1996-32989호). 또한, 본 발명자는 알루미늄 시이트에 레지스트를 사용하여 알루미늄의 소정부분을 보호하고, 나머지 부분을 엣칭하여 일정형상으로 패턴을 형성한 후, 카본층을 형성한 면상발열체를 출원한 바 있다(참조, 특허출원 제 98-41477). 그러나 이러한 면상 발열체는 전기 전도도가 높아 쇼트가 발생하기 쉽기 때문에 전기 및 발열체 조정의 어려움이 있어서, 고도의 지식을 가진 자만이 제조할 수 있는 단점이 있다. 그리고, 이러한 발명과 유사한 발명 및 고안이 다수 출원 또는 등록되어 있다.

그러나, 상기 발명들은 은 자체만을 도체로서 이용하는 경우에는 도전성이 양호하고 안전성을 좋으나, 이를 분말상태로 합성수지에 배합한 페이스트를 사용하기 때문에 도전성이 떨어지거나, 더욱이 제조공정이 복잡하고, 비용이 다대하며, 전극선을 이용하는 경우는 운반, 설치시에 단선되는 단점이 있는 등의 문제가 있어서 새로운 면상 발열체의 개발이 요구되어 왔다.

본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 알루미늄 포일, 바람직하기로는 PET 시이트상에 알루미늄을 증착시킨 필름상(이하, 단순히 "알루미늄 포일"이라고도 한다) 상에 폴리머로 절연층을 형성하고; 그 위에 카본층을 형성한 후; 실버층을 형성하여 발열체를 제조하여 본 결과, 전도성이 양호하고, 안정성이 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

도 1은 본 발명의 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체를 제조하기 위한 알루미늄 증착필름을 나타내고,

도 2는 상기 도 1의 알루미늄 시이트상에 절연체를 인쇄한 상태를 나타낸 도로서, 백색 부분은 인쇄되지 않은 부분을 나타낸다.

도 3은 상기 도 2의 시이트상에 카본을 인쇄한 상태도를 나타낸다.

도 4는 도 3의 시이트에 실버 페이스트를 이용하여 실버층을 형성한 상태도이다.

도 5는 상기 도 4의 실버층을 형성한 다음 컷팅후의 상태를 나타낸 도이다.

도 6은 본 발명의 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체의 표면도를 나타낸다.

도 7은 도 6의 A-A'의 종단면도를 나타낸다.

도 8은 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체에 접착제층 및 이형지층을 형성한 것의 종단면도를 나타낸다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 알루미늄 시이트(1)를 이용한 PTC 면상 발열체을 제조하기 위한 알루미늄 증착필름을 나타내고, 도 2는 상기 도 1의 알루미늄 시이트상에 폴리머로 인쇄하여 절연층(2)을 형성한 상태를 나타낸 도로서, 백색 부분(1)은 폴리머로 인쇄되지 않은 부분이다. 도 3은 상기 도 2의 시이트상에 카본 페이스트를 사용하여 저항체 카본층(3)을 형성한 상태를 나타낸다. 도 3에서 부호 1은 카본층이 형성되지 않은 알루미늄층(1)이다. 도 4는 도 3의 시이트에 실버 페이스트를 이용하여 실버층(4)을 형성한 것을 나타낸다. 도 4에서 부호 1은 알루미늄층에 카본층이나 실버층이 형성되지 아니한 것을 나타내며, 부호 3은 저항체 카본층을 나타내고, 부호 4는 실버층을 나타낸다. 도 5는 상기 도 4의 실버층을 형성한 후, 컷팅한 후의 평면도를 나타내고, 도 6은 상기 도 4의 표면도를 나타낸다. 도 6에서 부호 8, 8'는 단자를 나타내는 것으로서, 한쪽 단자(8)는 실버층에 연결되고, 다른 쪽 단자(8')는 알루미늄층에 연결되어 있다.

도 7은 본 발명 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체의 종단면도를 나타내는 것으로서, 부호 1a는 PET층을, 1은 알루미늄층을, 5는 폴리머 절연층을, 3은 카본층을, 4는 실버층을 나타낸다.

도 8은 본 발명 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체의 종단면도를 나타내는 것으로서, 부호 1a는 PET층을, 1은 알루미늄층을, 5는 폴리머 절연층을, 3은 카본층을, 4는 실버층을, 6은 이형지층을 나타낸다.

이하, 본 발명의 면상 발열체(1)에 대해서 그의 제조방법과 함께 상세히 설명한다.

우선, PET가 적층된 알루미늄 포일, 즉 PET에 알루미늄을 진공 증착시켜 된 알루미늄 포일을 소정의 크기로 절단하던가 또는 그대로 제작한 후, 절단한다. 이 알루미늄 시이트상에 폴리머로서 절연층을 형성한다. 이 때, 사용되는 폴리머로서는 절연을 형성하는 것이면 어떠한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체예로서는 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트, 절연 잉크 등을 들 수 있다. 이 절연층을 형성하는 방법으로서는 인쇄하는 방법이 바람직하며, 도 2에 나타낸 백색 부분은 인쇄되지 않음을 나타낸다. 절연층을 인쇄한 후, UV 건조기를 사용하여 건조한다. 그런 다음, 도 3에 나타난 바와 같이 부호 1부분을 제외하고는 전체에 걸쳐 카본페이스트를 이용하여 카본층을 형성한다. 여기서, PTC 카본 페이스트에 대해서 간략히 설명한다. 카본페이스트에 사용되는 탄소로는 전열성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 즉, 무정형탄소는 전열성이 나쁘기 때문에, 시판용의 전열성이 양호한 탄소를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 탄소의 열전도율은 37.7×10^-3deg. cm. sec 이상의 것으로, 시판용으로는 닛뽄 탄소(주)의 분말상 CSP, CP, P5(이상모두 상품명), 일본토카이 카본(주)의 TOKABLACK(상품명)등을 들 수 있다.

이들 탄소는 각각 전열성이 상이하며, 절열성의 조절을 위해 그의 사용량을 적의 선정할 수있으며 이들의 사용되는 양은 수지 100중량부에 대해 10~50중량부가 바람직하다. 이 카본페이스트에 사용되는 수지로는 열변성이 적으며, 카본과 용이하게 배합되며, 접착성을 가지며 수난용성인 것이 라면 특별한 제합은 없다.

그의 예로는 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드 등을 들 수 있으며, 이들 중 폴리에스테르 수지가 특히 바람직하다.

상기와 같이 카본층을 형성한 다음, 실버 페이스트로 상기에서 얻어진 시이트상에 인쇄하여 실버층을 형성한다. 도 4중, 부호 1은 인쇄되지 않은 알루미늄층을 나타내고, 부호 3은 카본층을 나타내며, 부호 4는 실버층을 나타낸다. 여기서 사용되는 실버페이스트에 사용되는 은분말은 순수(99％이상)한 것으로, 그의 크기는 250메쉬를 통과하는 것이다. 은분말은 전기전도성이 우수하며, 상기 조건에 부합하는 것이며 시판용의 것이 사용될 수 있다. 은페이스트에 사용되는 은의 할량은 수지에 대해 50~80 중량부이다. 수지로서는 열변성이 적으며, 은이나 카본과 용이하게 배합되며, 접착성을 가지며 수난용성인 것이라면 특별한 제한은 없다. 그의 예로는 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드 등을 들 수 있으며, 이들 중 폴리에스테르 수지가 특히 바람직하다.

이렇게 제조된 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체는 그대로 사용하는 것이 가능하나, 유통이나, 구입자의 사용의 편의성을 도모하기 위하여 상기 발열체의 상부에 공지의 방법에 따라 접착제를 도포하여 접착제층(6)을 형성한 후, 이형지(7)를 부착한다.

또한, 반대면의 알루미늄 전극(3)의 소정 부분과 실버층에 단자(8)(8')를 설치한다. 이러한 전류입력단자(5)(5')가 설치되어 전류는 병렬상태로 연결된다.

전류입력단자(8)(8')에 입력되는 전압은 10V~15V가 사용될 수 있으며, 100V나 220V의 전력이 입력되면 알루미늄 성분 및 실버 성분이 타버려 본 발명의 면상 발열체는 못쓰게 된다. 따라서, 본 발명의 면상 발열체는 자동차의 백미러나 전압이 10V~15V로 공급되는 물품에만 사용될 수 있다.

만일 100V나 220V의 고전압이 공급되는 물품에 사용할 시는 변압기를 설치하여 전압을 상기 범위로 내려야 사용살 수 있다. 이하, 실시예로서 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1

시판용의 PET 필름에 알루미늄을 증착시킨 시이트(알루미늄의 두께: 3.0 nm, 시이트의 두께: 150 ㎛)에 PET를 사용하여 도 2에 도시한 바와 같은 패턴으로 프린트한 다음, UV건조기를 사용하여 건조한다. 여기서 백색은 프린트하지 않은 부분을 나타낸다. 그런 다음, 카본 페이스트로 부호 1부분을 제외하고 전체에 걸쳐 10㎛의 두께로 프린트하였다. 여기서 사용된 카본 페이스트는 폴리에스테르수지를 용제인 부틸셀루솔브아세테이트에 1.4:1의 비율로 용해시킨 액에 일본토카이 카본(주)의 TOKABLACK(상품명)을 6:5(중량비)로 배합한 페이스트이다.

상기에서 얻어진 시이트에 실버 페이스트를 사용하여 도 4에 나타난 패턴으로 10㎛의 두께로 프린트한다. 여기서 사용되는 실버 페이스트는 폴리에스테르수지를 용제인 부틸셀루솔브아세테이트에 1.4:1의 비율로 용해시킨 다음, 250메쉬 통과의 순수한 은(99.5％)분말에 상기 폴리에스테르 용액을 7:3(중량비)으로 배합한 것을 사용하였다. 그런 다음, 도 5에 나타난 바와 같이 일정 형상으로 컷팅하고, 전류단자의 1개를 알루미늄층에, 다른 하나를 실버층에 연결하여 본 발명의 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체를 제조하였다.

상기에서 제조한 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체 상부에 양면테이프나 접착제층을 형성한다. 공업적 생산 및 원가절감의 면에서 핫 맬트 에틸렌비닐아세테이트를 도포하는 것이 바람직하다. 그런 다음, 이형지를 접착하여 도 8에 나타난 바와 같은 본 발명의 면상 발열체를 제조한다.

이렇게 제작된 면상 발열체는 고전압(100V, 200V)에서는 사용할 수 없으나 저전압(10V~15V)에서는 극히 효율적으로 성해, 얼음, 김서림을 짧은 시간에 제거할 수 있으므로 자동차의 사이드 미러, 욕실거울 등에 유용하다.

시험예

실시예 1에서 제작한 면상 발열체를 사용하여 다음 항목의 시험하고, 그 결과를 함께 나타낸다.

1. 성애 제거성능

기판에 물을 분무하고, 이를 -30℃에서 빙냉시킨 후, 여기에 전류를 통하여 성애가 제거되는 것을 시험하였다. 시험기준은 -10℃에서 12.8V 인가시 5분후 80% 이상 제거되는 것이다. 시험결과는 아래와 같다.

2. 표면온도 측정시험

상기 시험과 동일한 표품을 사용하여 25℃에서 표면온도를 측정하였다. 기준은 22±4℃에서 12.8V 인가시 65℃ 미만인 것을 요구한다.

3. 저온 작동시험

-30℃에서 저온 작동시험을 수행하였다. 이 때, 팬을 가동한 것과 가동하지 않은 것을 함께 시험하였다. 요구되는 기준은 -30℃에서 12.8V 인가시 초기 3.5A 이하, 10분후 2.5V이하인 것이 요구된다.

1) 팬가동시의 전류시험 사용전압(13.5V)

2) 팬 정지시의 전류시험 사용전압(13.5V)

이상의 실시예 및 시험예에 나타난 바와 같이, 종래품 (특허 제 83589호)에 비해 본 발명의 면상 발열체는 저전압에서 서리, 성애, 김서림, 얼음을 제거하는데 탁월한 효과를 나타낸다.

본 발명의 면상 발열체는 종래의 실버 페이스트를 사용하는 것보다, 온도 편차가 거의 없고, 제조 비용이 절감되며, 제조공정이 단순화되어 자동차의 사이드미러 내부의 부착시켜 성애, 얼음 등의 제거에 탁월한 효과를 나타낸다.

Claims

절연기판, 저항체 카본층 및 전극 단자로 이루어진 면상 발열체에 있어서,

폴리에틸렌에 알루미늄을 증착시켜 얻어진 알루미늄 시이트층; 상에 폴리머절연체층;, 카본 페이스트로 이루어진 저항체층; 및 소정 패턴의 실버 페이스트를 사용하여 형성된 실버층;이 차례로 적층 형성되고, 상기 알루미늄 시이트층 및 실버층에 각각 전극 단자; 가 연결된 것을 특징으로 하는 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체.
청구항 1에 있어서,

실버층 위에 접착제층 및 이형지층이 차례로 도포 및 부착된 것을 특징으로 하는 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체.
청구항 1에 있어서,

상기 절연체층이 PET인 것을 특징으로 하는 알루미늄 시이트를 이용한 PTC 면상 발열체.